Впервые получен в 1825 году датским физиком Эрстедом.

МЕТАЛЛУРГИЯ ЛЕКГИХ МЕТАЛЛОВ

 

МЕТАЛЛУРГИЯ АЛЮМИНИЯ

 

Свойства алюминия

Впервые получен в 1825 году датским физиком Эрстедом.

Находится в III группе 3-го периода.

Порядковый номер 13.

Молекулярная масса 26,98 г/моль.

Температура плавления 660^оС.

Температура кипения 2500^оС.

Алюминий обладает малой плотностью, высокой пластичностью, электро-и теплопроводностью. Многие физические свойства алюминия изменяются в зависимости от его чистоты. Чем чище алюминий, тем выше его температура плавления и электропроводность, и ниже плотность.

Алюминий обладает высокой химической активностью по отношению к кислороду, сере, углероду и галоидам.

В ряду напряжений алюминий занимает место среди электроотрицательных элементов, что делает невозможным его электрохимическое выделение из водных растворов его солей.

Взаимодействие алюминия с кислородом воздуха приводит к образованию на его поверхности тонкой, но очень прочной пленки, которая придает алюминию коррозионную стойкость.

Вследствие высокого сродства к кислороду алюминий восстанавливает оксиды многих металлов до металлического состояния. При нагреве алюминий легко растворяется в разбавленных азотной и серной кислотах, холодная азотная кислота его пассивирует. Алюминий хорошо растворяется в щелочах с образованием алюминатов. В органических кислотах и воде он устойчив.

Применение: электрические провода, химическая аппаратура, фольга, электроконденсаторы, отражательные стекла в телескопах, атомная энергетика, радиотехника, производство стали и сплавов.

 

Сырье для получения алюминия

Алюминий занимает третье место по распространению (кислород, кремний). Из-за высокой химической активности алюминий встречается в природе только в виде соединений. Известно 250 минералов.

Минерал                                  Содержание Al ₂ O ₃, %

Боксит             формулы нет

Корунд             Al₂O₃                                               100

Диаспор, бёмит Al₂O₃*H₂O                                       85

Шпинель          Al₂O₃*MgO                                      71

Гидраргиллит  Al₂O₃*3H₂O                                     65.4

Каолинит         Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O                         39.5

Алунит             K₂SO₄*AL₂(SO₄)₃*4Al(OH)₃           37

Нефелин           (Na,K)₂O*AL₂O₃*2SiO₂                 32.3-35.9

Ортоклаз          K₂O*Al₂O₃*6SiO₂                            18.4

Альбит              Na₂O*Al₂O₃*6SiO₂                              19.3

Бокситы являются самой распространенной рудой. Бокситом называется горная порода, состоящая из гидратированных оксидов алюминия, железа, кремния, титана и других элементов. Химический состав в бокситах изменяется в очень широких пределах. По внешнему виду бокситы похожи на глину. Цвет от белого до темно-красного. Качество бокситов определяется кремниевым модулем.

Процесс получения металлического алюминия достаточно сложен и состоит из четырех отдельных технологий:

1. Производство глинозема;

2. Производства криолита и фтористых солей;

3. Производство угольных изделий;

4. Производство алюминия.

 

Технологическая схема получения алюминия

Производство глинозема способом Байера

 

Используется высококачественный боксит с низким содержание кремнезема.

Выщелачивание боксита

Цель: перевод глинозема и щелочи в раствор.

Растворитель: едкий натр NaOH

Продукты выщелачивания: алюминатный раствор и красный шлам

Оборудование: автоклав с глухим и острым паром

Декомпозиция алюминатного раствора

Цель: разложение раствора с выделением в осадок Al (OH)₃

Реакция декомпозиции: NaAlO ₂ + H ₂ O = Al (OH)₃+ NaOH

Продукты декомпозиции: Al (OH)₃ и маточный раствор

Оборудование: декомпозер с воздушным и механическим перемешиванием

Кальцинация Al (OH)₃

Цель: обезвоживание Al (OH)₃ с целью получения негигроскопичного глинозема

Реакция: Al (OH)₃= Al₂O₃+H₂O

Оборудование ТВП

 

МЕТАЛЛУРГИЯ МАГНИЯ

 

Свойства магния

Магний – широко распространенный в природе элемент, относится к числу «молодых» металлов. В первые магний в металлическом состоянии был получен в 1808 году Г.Деви. В промышленном масштабе производство магния было организовано в 60-е годы 19 века в Англии и США.

В нашей стране первые исследования по получению магния были начаты в 1914-1915 годах. Первый завод по производству магния в СССР в 1935 году в Запорожье, второй завод в 1936 году в Саликамске, в 1943 году в Березники.

Магний находится во второй группе 3-го периода таблицы Менделеева.

Периодический номер 12.

Молекулярная масса 24,305 г/моль.

Температура плавления 650^ОС,

Температура кипения 1095^оС.

Распространенность магния в земной коре 1,87% (6 место).

Магний - металл серебристо-белого цвета. В сухом воздухе на поверхности металлического магния образуется оксидная пленка, которая защищает металл от коррозии. Влажная среда значительно снижает коррозионную стойкость магния. Тушение магния водой недопустимо, т.к. при воздействии с парами воды образуется Mg(OH)₂.

Магний хорошо противостоит действию плавиковой и хромовой кислот и растворов едких щелочей.

Магний устойчив по отношению к минеральным маслам, бензину и керосину. Магний хорошо растворяется в большинстве кислот и нестоек в водных растворах солей. Химическая активность магния резко возрастает при увеличении в нем содержания примесей.

Магний в виде порошка или тонкой ленты легко воспламеняется и горит ярким пламенем. В виде слитков он не горит. Загорание компактного металла может произойти при температурах вблизи точки плавления металла и выше. Предохраняют расплавленный металл от возгорания с помощью покровных флюсов, изолирующих магний от контакта с кислородом окружающей среды.

Применение магния

В основном магний потребляют в виде сплавов. Легирование магния алюминием и цинком повышает механические и литейные свойства сплавов, марганец улучшает коррозионную стойкость. Важнейшая особенность магниевых сплавов- их невысокая плотность при относительно высокой механической прочности. Они также хорошо воспринимают ударные нагрузки, немагнитны и не дают искры при ударах и трении. Все выше названные свойства позволяют применять магний в авиационной, автомобильной промышленности, в приборостроении и машиностроении.

В цветной металлургии магний применяют в качестве восстановителя при получении металлов: ванадий, хром, титан, цирконий, уран.

Черная металлургия использует магний при раскислении некоторых марок сталей и в качестве модификатора при получении сверхпрочного чугуна.

Способность магния давать при горении яркий свет и высокую температуру используют в военной технике для изготовления осветительных, зажигательных и трассирующих снарядов и авиационных бомб.

Ряд соединений магния используется в резиновой промышленности в качестве наполнителя, для очистки нефтепродуктов, а также в радио- и электротехнике. Природный силикат магния – асбест – широко применяют в качестве электро- и теплоизоляции.

Сырье для получения магния

 

В природе магний встречается только в виде соединений.

 

Минералы магния

Магнезит MgCO ₃

Доломит MgCO ₃ * CaCO ₃

Бишофит MgCl ₂ *6 H ₂ O

Карналлит KCl * MgCl ₂ *6 H ₂ O

Кизерит MgSO ₄ * H ₂ O

Каинит MgSO ₄ * KCl *3 H ₂ O

Лангбейнит 2 MgSO ₄ * K ₂ SO ₄ * H ₂ O

Змеевик 2 MgO *2 SiO ₂ *2 H ₂ O

Оливин MgSiO ₄

Брусит Mg (OH)₂

Также соединения магния находятся в воде морей, океанов и соляных озер.

Магнезит – теоретически содержит 47,82%MgO и 52,18%CO₂.твердость 3-5, плотность 2,9-3,1г/см³. Месторождения: Урал(Саткинское), Красноярский край, Хабаровский край, Иркутская область, Казахстан, Киргизия.

Доломит – содержит 30,4%CaO, 21.8%MgO, 47.8%CO₂. Твердость 3,5-4, плотность 2,86г/см³. Месторождения: Московская область, ленинградская область, Урал.

Карналлит – природная кристаллическая порода, имеющая разнообразную окраску в зависимости от присутствующих примесей. Отличается высокой гигроскопичностью. Содержит 34,5%MgCl₂, 38.8%H₂O, 26.7%KCl. Твердость 1-2, плотность 1,618г/см³. Месторождения: Урал, Украина.

 

Обезвоживание

Безводный карналлит

Электролиз

МЕТАЛЛУРГИЯ ТИТАНА

Свойства титана

Открыт в 1791 году.

Находится в IV группе 4-го периода

Порядковый номер 22.

Молекулярная масса 47,9 г/моль

Температура плавления 1668^оС

Температура кипения 3330^оС

По внешнему виду титан похож на сталь.

Его механическая прочность в два раза больше, чем у чистого железа и в 6 раз выше, чем у алюминия.

В чистом виде титан пластичен и легко поддается механической переработке.

На воздухе при обычной температуре титан устойчив. При нагреве выше 550^оС он энергично окисляется и поглощает кислород и другие газы. Газы и многие другие примеси придают титану хрупкость.

Разбавленная серная, а также азотная кислоты любой концентрации и слабые растворы щелочей реагируют с титаном медленно. Титан растворяется в соляной кислоте, концентрированной серной и плавиковой кислотах.

 

Сырье для получения титана

 

Рутил, брукит, анатаз –TiO₂

Ильменит – FeTiO₃

Титановые руды подвергают обогащению методом гравитации, магнитной сепарации.

Технология получения титана

При восстановительной плавки оксиды железа восстанавливаются до металлического состояния с получением чугуна, а титан в виде TiO₂ переходит в шлак. Оборудование: рудно-термическая печь.

В качестве восстановителя используют кокс или антарцит.

Полученный шлак подвергают хлорированию по реакции:

TiO₂+Cl₂+C=TiCl₄+CO

Затем после очистки технического тетрахлорида от примесей ректификацией его подвергают магниетермическому восстановлению до металлического титана.

TiCl₄+Mg=Ti+MgCl₂

Газообразный хлор в виде анодного газа магниевых электролизеров и металлический магний, необходимые для получения титана, поступают из магниевого производства, а хлорид магния, получающийся по реакции, вновь возвращается на электролитическое получение магния.

Температура восстановления 750-850^оС. эта температура значительно ниже температуры плавления титана. По этой причине металл получают в виде спеченных кристаллов – губки.

 

Восстановительная плавка

Титановый шлак                                                   Чугун

Хлорирование

Тетрахлорид титана

Ректификация

МЕТАЛЛУРГИЯ ЛЕКГИХ МЕТАЛЛОВ

 

МЕТАЛЛУРГИЯ АЛЮМИНИЯ

 

Свойства алюминия

Впервые получен в 1825 году датским физиком Эрстедом.

Находится в III группе 3-го периода.

Порядковый номер 13.

Молекулярная масса 26,98 г/моль.

Температура плавления 660^оС.

Температура кипения 2500^оС.

Алюминий обладает малой плотностью, высокой пластичностью, электро-и теплопроводностью. Многие физические свойства алюминия изменяются в зависимости от его чистоты. Чем чище алюминий, тем выше его температура плавления и электропроводность, и ниже плотность.

Алюминий обладает высокой химической активностью по отношению к кислороду, сере, углероду и галоидам.

В ряду напряжений алюминий занимает место среди электроотрицательных элементов, что делает невозможным его электрохимическое выделение из водных растворов его солей.

Взаимодействие алюминия с кислородом воздуха приводит к образованию на его поверхности тонкой, но очень прочной пленки, которая придает алюминию коррозионную стойкость.

Вследствие высокого сродства к кислороду алюминий восстанавливает оксиды многих металлов до металлического состояния. При нагреве алюминий легко растворяется в разбавленных азотной и серной кислотах, холодная азотная кислота его пассивирует. Алюминий хорошо растворяется в щелочах с образованием алюминатов. В органических кислотах и воде он устойчив.

Применение: электрические провода, химическая аппаратура, фольга, электроконденсаторы, отражательные стекла в телескопах, атомная энергетика, радиотехника, производство стали и сплавов.